壁面改性强化活塞油腔换热的模拟试验

为满足大缸径发动机活塞的冷却需要,必须采用冷却油腔进行强制冷却;但随着发动机强度的不断提升,活塞冷却油腔的换热已无法满足低速船用柴油机高强化程度发展的需求.为提升往复运动活塞冷却油腔的换热能力,从壁面改性角度着手,在不改变任何活塞结构前提条件下,将微纳米结构用于冷却油腔表面.利用往复振荡换热模拟试验研究其强化传热的效果,结果表明:试验往复振荡冲击换热的最佳换热充液率为50%,既可保证液体对壁面的冲击速度,也可使上壁面形成有效的液膜覆盖;随着转速的增加,会增大液体与气体在腔内的混合程度,在一定范围内能强化内冷油腔的换热;采用微结构超亲表面后,强化换热效果最大.

汽油机活塞内冷油腔振荡冷却特性的仿真研究

为研究汽油机活塞内冷油腔在高转速下的振荡冷却效果,搭建了计算流体力学仿真模型,模拟研究了额定转速下内冷油腔的机油瞬态分布、壁面换热系数和换热速率,分析了机油喷射速度、喷孔直径、机油温度等喷射参数的影响,并采用Box-Behnken组合设计,以换热速率最大化为目标优化了喷射参数。结果表明,换热速率除了受喷射速度和机油温度的交互作用影响外,还与腔内充油率决定的机油振荡状况有关,并可与喷孔直径拟合成抛物线关系。

基于能量原理的等效静态载荷法及其在活塞动态优化中的应用

针对位移等效静态载荷法在求解结构动态优化时遇到的等效关键时间点不合理、等效结果误差大等问题,提出一种基于能量原理的等效静态载荷法.该方法通过将结构动态响应解空间进行谱元离散,识别出结构的关键时间点,并在该时间点构建了基于能量等效的动态载荷静态转化数学模型.应用优化算法搜索得到了等效静态载荷集的最优解,从而将结构动态优化问题转化为静态优化问题求解.最后,通过在某柴油机活塞油腔结构的动态优化设计中的有效应用,验证了能量等效静态载荷法的有效性和工程实用性,拓展了等效静态载荷法的理论范畴,同时为复杂结构动态响应优化设计提供了一种新的思路.

12V180ZJC组合式活塞活塞头冷却油腔的加工工艺

12V180ZJC组合式活塞活塞头冷却油腔的加工质量是完成国产化活塞的关键,也是国产化工作的难点。通过技术调研和工艺分析,拟定出活塞头冷却油腔的加工工艺方案,并进行了论证,编制出加工工艺文件,成功地解决了180ZJC活塞头内冷却油腔加工这个技术难题。

内冷油腔振荡冷却仿真方法研究

为了得出一种较为通用的活塞内冷油腔仿真分析方法,采用数值仿真研究方法,从湍流模型、多相流模型、压力速度耦合算法以及油腔几何模型进行油腔CFD仿真分析方法的研究。通过对比分析仿真所得的平均机油填充率、机油分布、壁面平均换热系数和换热系数分布,得出在进行活塞油腔CFD模拟时,标准k-ε湍流模型可以更为经济地进行流动传热计算。可保证计算模拟精度的多相流模型CLSVOF计算结果周期间变化更小,计算结果稳定。活塞油腔瞬态仿真计算时,压力速度耦合算法PISO计算得出的流动换热结果精度更高,收敛速度和达到计算稳定的速度更快,模拟所得流动传热情况更接近实际。全油腔模型模拟效果相对于简化模型效果更好。通过对油腔各壁面区域换热系数随曲轴转角变化的分析得出:振荡过程极大增强了顶面和底面的换热,油腔内壁面中顶部壁面周期平均换热系数最大;底部壁面换热系数变化趋势与顶部壁面变化趋势基本相反,这是由机油分布以及振荡规律决定的;由于侧部壁面未收到机油强烈的冲击,换热系数随曲轴转角变化相对较平缓。

基于四连杆机构的活塞温度测量方法研究

通过搭建活塞喷油冷却试验台,采用四连杆机构测量活塞相关点的温度并测量了振荡油腔的有效流量。对活塞振荡油腔的喷油冷却进行CFD计算,得到活塞振荡油腔的换热边界条件。对活塞顶部进行热风流动仿真计算,得到活塞顶部换热边界条件。最后通过经验公式对活塞裙部、活塞环等部位的换热系数进行设定,求解活塞温度场。通过实验结果和仿真结果对比,验证了活塞振荡冷却油腔换热边界条件的准确性。

两相流振荡换热过程数值模拟分析

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。

带低压油腔活塞式蓄压器故障的分析

本文通过歼七飞机现场调试中出现的带低压油腔活塞式蓄压器故障，进行了理论分析，阐述了试验结果、产生故障的主要原因和解决措施。